第5章 第3节　初识电磁波及其应用 第4节　初识光量子与量子世界—2020-2021学年【新教材】鲁科版（2019）高中物理必修第三册讲义

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第3节　初识电磁波及其应用
第4节　初识光量子与量子世界
学习目标：1.[物理观念]知道电磁波的概念及电磁波的产生原理，知道光是一种电
磁波，光的能量是不连续的，能解释相关的自然现象。2.[科学思维]理解电磁波的产生
原理，了解电磁波的应用和电磁污染及防护，具有与光的量子化有关的能量观念。 3.
[科学探究]能上网查询，提出与电磁场、电磁波、光子等相关的问题，能根据实验现象
形成结论，能主动与他人交流实验过程与结果。4.[科学态度与责任]能体会电磁技术应
用对人类生活和社会发展带来的影响，能理性讨论电磁污染及其防护问题。通过对场
的认识，能体会人类对自然界的认识是不断发展的。
一、电磁波及其应用
1．电磁波的产生
周期性变化的磁场周围会产生周期性变化的电场，周期性变化的电场周围也会产
生周期性变化的磁场。变化的电场和变化的磁场相互联系在一起，就会在空间形成一
个统一的、不可分割的电磁场，这种在空间交替变化的电磁场传播出去就形成了电磁
波。
2．麦克斯韦提出了电磁场理论，赫兹通过实验证实了电磁波的存在。
3．电磁波的应用　电磁污染及防护
(1)1901 年，马可尼成功地进行了跨越大西洋的无线电通信，实现了人类历史上第
一次远距离无线电通信。1906 年，美国物理学家费森登(R.Fessenden,1866—1932)进行
了人类历史上第一次无线电广播。
(2)手机通话是靠一种特殊的无线通信系统来实现的。
(3)电磁污染又称电磁波污染或射频辐射污染。随着无线电技术、微波技术的迅速
发展和普及，地面电磁辐射的密度和功率大幅度增加，电磁污染已成为一种威胁人类
健康的无形污染。
说明：电磁波是一种客观存在的物质，具有能量。
二、光量子与量子世界
德国物理学家普朗克最早提出量子假说，量子假说认为，物质辐射(或吸收)的能量
E只能是某一最小能量单位的整数倍。
E＝nε(n＝1,2,3，…)
辐射是由一份份的能量组成的，就像物质是由一个个原子组成的一样。一份能量
就是一个能量子，能量子的能量 ε与频率 ν成正比。
ε＝hν
式中，h＝6.626 176×10－34 J·s。这是普朗克引进的一个物理普适常量，称为普朗
克常量。
注意：能量子：不可再分割的最小能量值。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在。 (×)
(2)变化的磁场可以产生电场，但变化的电场不能产生磁场。 (×)
(3)雷达是通过接收障碍物发出的电磁波来确定物体位置的。 (×)
(4)微观粒子的能量只能是能量子的整数倍。 (√)
2．下列说法中正确的是(　　)
A．任何变化的磁场都要在周围空间产生变化的电场，振荡磁场在周围空间产生同
频率的振荡电场
B．任何电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的振荡磁
场
C．任何变化的电场都要在周围空间产生磁场，振荡电场在周围空间产生同频率的
振荡磁场
D．电场和磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场
C　[根据麦克斯韦电磁场理论，如果电场(磁场)的变化是均匀的，产生的磁场(电
场)是恒定的；如果电场(磁场)的变化是不均匀的，产生的磁场(电场)是变化的；振荡电
场(磁场)在周围空间产生同频率的振荡磁场(电场)；周期性变化的电场和周期性变化的
磁场总是相互联系着，形成一个不可分割的统一体，即电磁场。故 C正确。]
3．普朗克在 1900 年将“能量子”引入物理学，开创了物理学的新纪元。在下列
宏观概念中，具有“量子化”特征的是(　　)
A．人的个数　　　 B．物体所受的重力
C．物体的动能 D．物体的长度
A　[依据普朗克量子化观点，能量是不连续的，是一份一份地变化的，属于“不
连续的，一份一份”的概念的是 A选项，故 A正确，B、C、D错误。]
麦克斯韦电磁场理论
试探究：(1)观察上面两幅图，变化的磁场所产生电场的电场线和以前所学静电场
的电场线有区别吗？
(2)变化的磁场一定能产生电磁波吗？为什么？
提示：(1)变化的磁场所产生的电场的电场线是闭合的；而静电场中的电场线是不
闭合的。
(2)不一定，均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场，不均匀变化的磁场在周
围空间产生变化的电场，如果变化的磁场能产生变化的电场，变化的电场又能产生变
化的磁场，才能在周围空间产生电磁波。
1．变化的磁场产生电场
如图所示，麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，
跟闭合电路(导体环)是否存在无关。导体环的作用只是用来显示电流的存在。
2．变化的电场产生磁场
根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而
且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。(如图所示)。
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